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We investigated lattice structure manufactured by laser beam melting with computed tomography on difference scales, such as powder scale, strut scale and lattice scale.
The raw powder has been evaluated by means of synchrotron computed tomography (CT) at the BAM-Line (HZB Bessy II, Berlin). Therefore, the particle size distribution and even the pore size distribution was investigated and compared with results received by the producer by means of sieving. Studies with laboratory X-ray CT of porosity and roughness of manufactured struts in dependence of the build angle exhibited the tendency that elongated pores appear solely in a certain range near the edge. The integrity and load-bearing capacity of a lattice structure was investigated by means of in-situ CT during compression. The lattice structure was compressed by 10 % in height with an applied maximum force of 5 kN. We applied digital volume correlation algorithm on volumes of different load steps to quantifies the displacement within the structure.
Für die Festigkeit von faserverstärkten Betonen spielt die beim Gießvorgang hervorgerufene Faseranisotropie eine wichtige Rolle. In den computertomographischen Aufnahmen lässt sich die anhand der Eigenvektoren der Hessianmatrix an der Faser ermittelte räumliche Orientierung der Fasern berechnen und im sphärischen Koordinatensystem darstellen.
Mit für die CT-Anlagen ausgelegten Prüfeinrichtungen ist es möglich mechanische Belastungen, Wärmeeinwirkung und Feuchtetransport in Betonproben während einer CT-Messung durchzuführen. Die Analyse dieser In-situ Messungen erfordert zum Teil speziell auf die Erfordernisse angepasste Auswerteverfahren. Dazu zählen die automatische Rissdetektion oder die Korrektur der Streustrahlung bei der Wasseraufnahme.
Der rekonstruierte CT-Datensatz liefert Informationen über die Dichteverteilung im Untersuchungsobjekt in Form einer Grauwertedarstellung. Zur quantitativen Bestimmung der anhand der Grauwertunterschiede separierbaren Strukturen bedarf es einer genauen Determinierung der diese Strukturen abgrenzenden Übergänge. Am Beispiel der Oberflächenbestimmung an einer Stahlbetonprobe wird der Unterschied zwischen globalem und lokalem Schwellwert gezeigt. Die so erzeugten Oberflächen dienen dem dimensionellen Messen innerhalb des CT-Datensatzes, dem Fitten von Regelgeometrien oder der Durchführung automatischer Analysen (Poren, Wandstäken, Faserorientierung). Zur Reduzierung der Datenmenge und zur Verwendung in Simulationsprogrammen können die gefundenen Oberflächen auch in ein Netzmodell überführt werden. Gezeigt wird der Einsatz dieser Techniken an Untersuchungen von Betonproben in der BAM.
Die Dauerhaftigkeit von Fahrbahndeckenbetonen wird maßgebend von ihrer Mikrostruktur bestimmt. Diese erfährt durch die äußeren Einwirkungen durch Klima und Verkehr über die Nutzungsdauer eine signifikante Veränderung. Im Kontext der in den letzten Jahren verstärkt auftretenden Schadensfälle infolge der Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) im deutschen Bundesautobahnnetz stellt sich die Frage, in welchem Maße die ermüdungsinduzierte Betondegradation den Stofftransport und damit die AKR-induzierte Rissbildung begünstigt. Dabei kommt der hochauflösenden räumlichen Quantifizierung der Rissbildung eine zentrale Bedeutung zu und bildet die Basis für die Modellierung der sich überlagernden Schädigungsprozesse.
Gegenstand dieses Beitrags ist die Darstellung der Leistungsfähigkeit der 3DComputertomographie (3D-CT) bei der quantitativen Rissanalyse in Betonen ohne und mit Ermüdungsbeanspruchung. Die Untersuchungen erfolgten dabei exemplarisch an Bohrkernen, die einem großformatigen Schwingbalken entnommen wurden. Zur Erreichung einer hinreichenden Ortsauflösung gelangte dabei die Region of Interest – Technik (ROI) zum Einsatz. Die Rissauswertung erfolgte mit einem gemeinsam vom ZIB und der BAM entwickelten Softwaretool für die automatisierte Risserkennung. So erlaubt dieses eine quantitative statistische Auswertung von Rissparametern, wie z.B. Risslänge, -breite und -orientierung. Die Notwendigkeit der automatisierten Rissauswertung beruht darauf, dass die Größe des CT-Datensatzes (mehrere GB) eine vollständige manuelle Segmentierung der Risse im 3D-Raum einen unverhältnismäßigen hohen Aufwand erfordert. Eine automatische Risserkennung liefert darüber hinaus noch weitere Daten, die eine nachträgliche Bearbeitung und Analyse der Risse erst möglich macht. Rissveränderungen über der Zeit können ebenfalls visualisiert und statistisch aufbereitet werden.